[论文解读] The spectral catalogue of INTEGRAL gamma-ray bursts: results of the joint IBIS/SPI spectral analysis

Ž. Bošnjak, D. Götz+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 44被引用 13

一句话总结

本文基于2002年至2012年间INTEGRAL观测的59个伽马射电暴（GRBs），利用IBIS/SPI联合数据，构建了覆盖15 keV–10 MeV能量范围的完整能谱目录。该研究提出一种新型数据提取技术，使54%的暴实现了精确的峰值能量（E_peak）测量，显著高于以往INTEGRAL研究的水平，揭示其中值E_peak为184 keV，与Fermi/GBM结果一致，但因仪器能量阈值限制而比BATSE结果更软。

ABSTRACT

We present the updated INTEGRAL catalogue of gamma-ray bursts (GRBs) observed between December 2002 and February 2012. The catalogue contains the spectral parameters for 59 GRBs localized by the INTEGRAL Burst Alert System (IBAS). We used the data from the two main instruments on board the INTEGRAL satellite: the spectrometer SPI (SPectrometer on INTEGRAL) nominally covering the energy range 18 keV - 8 MeV, and the imager IBIS (the Imager on Board the INTEGRAL Satellite) operating in the range from 15 keV to 10 MeV. For the spectral analysis we applied a new data extraction technique, developed in order to explore the energy regions of highest sensitivity for both instruments, SPI and IBIS. It allowed us to perform analysis of the GRB spectra over a broad energy range and to determine the bursts' spectral peak energies. The spectral analysis was performed on the whole sample of GRBs triggered by IBAS, including all the events observed in period December 2002 - February 2012. The catalogue contains the trigger times, burst coordinates, positional errors, durations and peak fluxes for 28 unpublished GRBs observed between September 2008 and February 2012. The light curves in 20 - 200 keV energy band of these events were derived using IBIS data. We compare the prompt emission properties of the INTEGRAL GRB sample with the BATSE and Fermi samples.

研究动机与目标

• 利用IBIS和SPI仪器的数据，创建一个统一的、高灵敏度的INTEGRAL GRB能谱目录。
• 克服以往INTEGRAL GRB分析中仅使用IBIS或SPI数据的局限性，提升能谱能量覆盖范围和参数测量精度。
• 实现INTEGRAL GRB特性与BATSE和Fermi/GBM样本的直接比较，识别潜在的仪器偏差。
• 为2008年9月至2012年2月期间观测到的28个此前未发表的GRBs提供能谱和时间参数。
• 评估INTEGRAL GRB通量、持续时间（T90）和能谱分布与Swift和Fermi任务样本的统计一致性。

提出的方法

• 采用一种新型数据提取技术，专为IBIS（15–10 MeV）和SPI（18 keV–8 MeV）的最高灵敏度能量范围优化，实现全波段能谱分析。
• 在响应函数高能端使用Cash统计量进行能谱拟合，以提高可靠性。
• 对时间积分能谱采用Band函数和截断幂律模型进行联合能谱拟合。
• 利用IBIS数据计算28个未发表GRBs在20–200 keV波段的光 light curves 和持续时间。
• 比较INTEGRAL、BATSE和Fermi/GBM样本的能谱参数（E_peak、α、β），评估仪器偏差。
• 计算中值能谱参数及其四分位距，以总结INTEGRAL GRB样本的统计特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 INTEGRAL GRB样本中谱峰能量（E_peak）的分布如何？与BATSE和Fermi/GBM相比有何差异？
• RQ2 与以往INTEGRAL研究相比，联合IBIS/SPI分析在多大程度上提升了E_peak的测量率？
• RQ3 INTEGRAL GRBs的时序特性（T90持续时间与通量）与Swift/BAT和Fermi/GBM样本相比如何？
• RQ4 INTEGRAL样本中的低能谱指数（α）和幂律指数（λ）是否与BATSE和Fermi/GBM样本一致？
• RQ5 在INTEGRAL GRB的时间积分能谱中，其他样本中观察到的能谱参数相关性（如α与E_peak的关系）是否依然成立？

主要发现

• 联合IBIS/SPI分析使59个GRBs中54%的暴实现了E_peak的确定，显著优于以往INTEGRAL研究（Vianello et al. 2009年为16%）。
• INTEGRAL样本的中值谱峰能量（E_peak）为184 keV，四分位距为±65 keV，与Fermi/GBM一致，但比BATSE的中值约250 keV更软。
• 中值低能谱指数（α）为–1.01，四分位距为±0.28，与Fermi/GBM和BATSE样本一致。
• 单幂律拟合的幂律指数（λ）分布中值为–1.4，表明其谱比Fermi/GBM更硬，但与BATSE一致。
• T90持续时间分布的峰值约为30秒，与Fermi/GBM相似，但与Swift/BAT不同，这是由于触发时间尺度相近（约数十秒）。
• 尽管INTEGRAL因指向银河系观测背景而有效灵敏度较低，但其GRB通量分布与Swift/BAT和Fermi/GBM的分布统计相容。